atk-vs1053 mp3模块录音功能使用说明mini v3_an1402_W

1、ALIENTEK STM32开发板AN1402AN1402 ATK-VS1053 MP3 模块录音功能使用说明本应用文档（AN1402，对应 ALIENTEK MiniSTM32 开发板（V3.0）扩展实验 5）将教大家如何通过ALIENTEK STM32 开发板和 ATK-VS1053 MP3 模块实现一个录音机的功能。本文档我们将使用ATK-VS1053 MP3 模块实现 WAV 录音，设计一个简单的录音机！ 本文档分为如下几部分： 1， WAV 简介 2， 硬件设计 3， 软件实现 4， 验证 1、WAV 简介 WAV 即 WAVE 文件，WAV 是计算机

2、领域最常用的数字化声音文件格式之一，它是微软专门为 Windows 系统定义的波形文件格式（Waveform Audio），由于其扩展名为*.wav。它符合 RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows 平台的音频信息资源，被Windows 平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持MSADPCM， CCITT A LAW 等多种压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，标准格式化的WAV 文件和 CD 格式一样，也是 44.1K 的取样频率，16 位量化数字，因此在声音文件质量和 CD 相差无几！ ATK-VS1053 MP3

3、 模块支持 2 种格式的WAV 录音：PCM 格式或者 IMA ADPCM 格式， 其中PCM（脉冲编码调制）是最基本的 WAVE 文件格式，这种文件直接存储采样的声音数据没有经过任何的压缩。而 IAM ADPCM 则是使用了压缩算法，压缩比率为 4:1。 这里，我们主要讨论 PCM，因为这个最简单。我们将利用 VS1053 实现 16 位，8Khz 采样率的单声道WAV 录音(PCM 格式)。要想实现 WAV 录音得先了解一下WAV 文件的格式，WAVE 文件是由若干个 Chunk 组成的。按照在文件中的出现位置包括：RIFF WAVE Chunk、 Format Chunk、 Fact C

4、hunk(可选)和 Data Chunk。每个 Chunk 由块标识符、 数据大小和数据三部分组成，如图 1.1 所示： 图 1.1 Chunk 结构示意图 其中块标识符由 4 个 ASCII 码构成，数据大小则标出紧跟其后的数据的长度（单位为字节），注意这个长度不包含块标识符和数据大小的长度，即不包含最前面的 8 个字节。所以实际 Chunk 的大小为数据大小加 8。 首先，我们来看看 RIFF 块（RIFF WAVE Chunk），该块以“RIFF”作为标示，紧跟 wav 文件大小（该大小是 wav 文件的总大小-8），然后数据段为“WAVE”，表示是

5、开源电子网2014-03-26ALIENTEK STM32开发板AN1402文件。RIFF 块的 Chunk 结构如下：接着，我们看看 Format 块（Format Chunk），该块以“fmt ”作为标示（注意有个空 格！），一般情况下，该段的大小为 16 个字节，但是有些软件生成的 wav 格式，该部分可能有 18 个字节，含有 2 个字节的附加信息。Format 块的Chunk 结构如下： 接下来，我们再看看 Fact 块（Fact Chunk），该块为可选块，以“fact”作为标示， 不是每个 WAV 文件都有，在非 PCM 格式的文件中，一般会在 F

6、ormat 结构后面加入一个 Fact 块，该块Chunk 结构如下： DataFactSize 是这个Chunk 中最重要的数据，如果这是某种压缩格式的声音文件，那么从这里就可以知道他解压缩后的大小。对于解压时的计算会有很大的好处！不过本文档我们使用的是PCM 格式，所以不存在这个块。 最后，我们来看看数据块（Data Chunk），该块是真正保存 wav 数据的地方，以“data” 作为该 Chunk 的标示。然后是数据的大小。紧接着就是 wav 数据。根据 Format Chunk 中的声道数以及采样bit 数，wav 数据的 bit 位置可以分成如表 1.1 所示的几种形式： www.

7、开源电子网2014-03-26单声道 取样 1 取样 2 取样 3 取样 4 8 位量化 声道 0 声道 0 声道 0 声道 0 双声道 取样 1 取样 2 8 位量化 声道 0(左) 声道 1(右) 声道 0(左) 声道 1(右) 单声道 取样 1 取样 2 /fact 块 typedef packed structu32 ChunkID;/chunk id;这里固定为fact,即 0X74636166; u32 ChunkSize ;/子集合大小(不包括 ID 和Size);这里为:4. u32 DataFactSize;/数据转换为 PCM 格式后的大小 Chunk

8、FACT;/fmt 块 typedef packed structu32 ChunkID;/chunk id;这里固定为fmt ,即 0X20746D66 u32 ChunkSize ;/子集合大小(不包括 ID 和Size);这里为:20.u16 AudioFormat;/音频格式;0X10,表示线性 PCM;0X11 表示 IMA ADPCM u16 NumOfChannels;/通道数量;1,表示单声道;2,表示双声道;u32 SampleRate;/采样率;0X1F40,表示 8Khz u32 ByteRate;/字节速率;u16 BlockAlign;/块对齐(字节);u16 Bit

9、sPerSample;/单个采样数据大小;4 位ADPCM,设置为 4ChunkFMT;/RIFF 块 typedef packed structu32 ChunkID;/chunk id;这里固定为RIFF,即 0X46464952 u32 ChunkSize ;/集合大小;文件总大小-8u32 Format;/格式;WAVE,即 0X45564157ChunkRIFF ;ALIENTEK STM32开发板AN1402表 1.1 WAVE 文件数据采样格式 本文档，我们采用的是 16 位，单声道，所以每个取样为 2 个字节，低字节在前，高字节在后。数据块的Ch

10、unk 结构如下： 通过以上学习，我们对 WAVE 文件有了个大概了解。接下来，我们看看如何使用 VS1053 实现WAV（PCM 格式）录音。激活 PCM 录音 VS1053 激活PCM 录音需要设置的寄存器和相关位如表 1.2 所示： 表 1.2 VS1053 激活PCM 录音相关寄存器 通过设置 SCI_MODE 寄存器的 2、12、14 位，来激活 PCM 录音，SCI_MODE 的各位描述见 VS1053 的数据手册。SCI_AICTRL0 寄存器用于设置采样率，我们本文档用的是 8K 的采样率，所以设置这个值为 8000 即可。SCI_AICTRL1 寄存器用于设置AGC，1024

11、 相当于数字增加 1，这里建议大家设置 AGC 在 4（4*1024）左右比较合适。SCI_AICTRL2 用于设置自动AGC 的时候的最大值，当设置为 0 的时候表示最大 64(65536)，这个大家按自己的需要设置即可。最后，SCI_AICTRL3，我们本文档用到的是咪头线性 PCM 单声道录音，所以设置该寄存器值为 6。 通过这几个寄存器的设置，我们就激活 VS1053 的PCM 录音了。不过，VS1053 的PCM 录音有一个小BUG，必须通过加载 patch 才能解决，如果不加载 patch，那么 VS1053 是不输出PCM 数据的，VLSI 提供了我们这个 patch，只需要通过

12、软件加载即可。 读取 PCM 数据 在激活了PCM 录音之后，SCI_HDAT0 和 SCI_HDAT1 有了新的功能。VS1053 的PCM 采样缓冲区由 1024 个 16 位数据组成，如果 SCI_HDAT1 大于 0，则说明可以从 SCI_HDAT0 读取至少 SCI_HDAT1 个 16 位数据，如果数据没有被及时读取，那么将溢出，并返回空的状态。 注意，如果 SCI_HDAT1896，最好等待缓冲区溢出，以免数据混叠。所以，对我们来说，只需要判断SCI_HDAT1 的值非零，然后从 SCI_HDAT0 读取对应长度的数据，即完 开源电子网2014-03

13、-26/data 块 typedef packed structu32 ChunkID;/chunk id;这里固定为data,即 0X61746164 u32 ChunkSize ;/子集合大小(不包括 ID 和Size);文件大小-60.ChunkDATA;16 位量化 声道 0(低字节) 声道 0(高字节) 声道 0(低字节) 声道 0(高字节) 双声道 取样 1 16 位量化 声道 0 (左,低字节) 声道 0 (左,高字节) 声道 1 (右,低字节) 声道 1 (右,高字节) ALIENTEK STM32开发板AN1402成一次数据读取，以此循环，即可

14、实现 PCM 数据的持续采集。最后，我们看看本文档实现 WAV 录音需要经过哪些步骤： 1） 设置 VS1053 PCM 采样参数 这一步，我们要设置 PCM 的格式（线性 PCM）、采样率（8K）、位数（16 位）、通道数（单声道）等重要参数，同时还要选择采样通道（咪头），还包括AGC 设置等。可以说这里的设置直接决定了我们 wav 文件的性质。 2） 激活 VS1053 的 PCM 模式，加载 patch 通过激活VS1053 的PCM 格式，让其开始 PCM 数据采集，同时，由于 VS1053 的 BUG， 我们需要加载patch，以实现正常的PCM 数据接收。 3） 创建 WAV 文件

15、，并保存 wav 头 在前两部设置成功之后，我们即可正常的从 SCI_HDAT0 读取我们需要的PCM 数据了， 不过在这之前，我们需要先在创建一个新的文件，并写入 wav 头，然后才能开始写入我们的PCM 数据。 4） 读取 PCM 数据 经过前面几步的处理，这一步就比较简单了，只需要不停的从 SCI_HDAT0 读取数据， 然后存入 wav 文件即可，不过这里我们还需要做文件大小统计，在最后的时候写入 wav 头里面。 5） 计算整个文件大小，重新保存 wav 头并关闭文件 在结束录音的时候，我们必须知道本次录音的大小（数据大小和整个文件大小），然后更新 wav 头，重新写入文件，最后因为

16、 FATFS，在文件创建之后，必须调用 f_close，文件才会真正体现在文件系统里面，否则是不会写入的！所以最后还需要调用 f_close，以保存 文件。 2、硬件设计 本文档实验功能简介：开机的时候先检测 SD 卡和字库，然后测试 VS1053(正弦测试与寄存器测试)，之后，检测 SD 卡根目录是否存在RECORDER 文件夹，如果不存在则创建， 如果创建失败，则报错。在找到 SD 卡的 RECORDER 文件夹后，即设置 VS1053 进入录音模式，此时可以在耳机听到VS1053 采集的音频。KEY0 用于停止录音并保存；KEY1 用于开始/暂停录音；WK_UP 用于播放最近一次的录音。

17、 当我们按下 KEY1 的时候，可以在屏幕上看到录音文件的名字，以及录音时间，然后通过KEY0 可以停止录音并保存该文件（文件名和时间也都将清零），在完成一个录音后， 我们可以通过按WK_UP 按键，来试听刚刚的录音。DS1 用于提示程序正在运行。 本实验用到的资源如下： 1） ALIENTEK MiniSTM32 开发板V3.02） TFTLCD 液晶模块 3） ATK-VS1053 MP3 模块 4） SD 卡 5） 耳机（非必须） ALIENTEK MiniSTM32 开发板与 ATK-VS1053 MP3 模块的连接关系如图 2.1 所示： 开源电子网20

18、14-03-26ALIENTEK STM32开发板AN1402GNDALIENTEKMiniSTM32开发板 5VPA8PA4PA5STM32F103RCT6PA7PA6PA12PA11图 2.1 ATK-VS1053 MP3 模块与 MiniSTM32 开发板连接关系图 上表中，就是ALIENTEK MiniSTM32开发板与ATK-VS1053 MP3模块的连接示意图。实际连接如图2.2所示： 图 2.2 模块与 STM32 开发板连接实物图 图中，我们总共用了 9 个杜邦线连接 ATK-VS1053 MP3 模块与MiniSTM32 开发板，供电采用 5V

19、(开发板的 VOUT2)直接供电，完全与图 2.1 所示的关系图一致。 本实验，大家需要准备 1 个 SD 卡和一个耳机，分别插入 SD 卡接口和耳机接口，然后 下载本实验就可以实现一个简单的录音机了。 3、软件实现 本文档，我们在 MiniSTM32 开发板 V3.0 的扩展例程 4 的基础上修改，先打开扩展例程4 的工程，首先在 APP 文件夹下面新建 recorder.c 和 recorder.h 两个文件，然后将 recorder.c 加入到工程的APP 组下。 因为 recorder.c 代码比较多，我们这里仅介绍其中的三个函数，首先是设置 VS1053 进 www.openedv.

20、com开源电子网2014-03-26ATK-VS1053MP3模块 GND5VXCSXDCSSCKSISODREQRSTALIENTEK STM32开发板AN1402入PCM 模式的函数：recoder_enter_rec_mode，该函数代码如下： 该函数就是用我们前面介绍的方法，激活 VS1053 的 PCM 模式，本章，我们使用的是8Khz 采样率，16 位单声道线性 PCM 模式，AGC 通过函数参数设置。最后加载 patch（用于修复 VS1053 录音 BUG）。 第二个函数是初始化 wav 头的函数：recoder_wav_init，该函数代码如下

21、： 该函数初始化 wav 头的绝大部分数据，这里我们设置了该 wav 文件为 8Khz 采样率，16位线性PCM 格式，另外由于录音还未真正开始，所以文件大小和数据大小都还是未知的，开源电子网2014-03-26/初始化 WAV 头.void recoder_wav_init( WaveHeader* wavhead) /初始化 WAV头 wavhead-riff.ChunkID=0X46464952; /RIFFwavhead-riff.ChunkSize=0;/还未确定,最后需要计算wavhead-riff.Format=0X45564157;/WAVEwav

22、head-fmt.ChunkID=0X20746D66; /fmt wavhead-fmt.ChunkSize=16;/大小为 16 个字节 wavhead-fmt.AudioFormat=0X01;/0X01,表示PCM;0X01,表示 IMA ADPCM wavhead-fmt.NumOfChannels=1;/单声道 wavhead-fmt.SampleRate=8000;/8Khz 采样率 采样速率wavhead-fmt.ByteRate=wavhead-fmt.SampleRate*2;/16 位,即 2 个字节wavhead-fmt.BlockAlign=2;/块大小,2 个字节为

23、一个块wavhead-fmt.BitsPerSample=16;/16 位PCMwavhead-data.ChunkID=0X61746164;/datawavhead-data.ChunkSize=0;/数据大小,还需要计算 /进入 PCM 录音模式 /agc:0,自动增益.1024 相当于 1 倍,512 相当于 0.5 倍,最大值 65535=64 倍 void recoder_enter_rec_mode(u16 agc)/如果是 IMA ADPCM,采样率计算公式如下:/采样率=CLKI/256*d;/假设 d=0,并 2 倍频,外部晶振为 12.288M.那么 Fc=(2*1228

24、8000)/256*6=16Khz/如果是线性 PCM,采样率直接就写采样值VS_WR_Cmd(SPI_BASS,0x0000);VS_WR_Cmd(SPI_AICTRL0,8000); /设置采样率,设置为 8Khz VS_WR_Cmd(SPI_AICTRL1,agc);/设置增益,0,自动增益.1024 相当于 1 倍,512 相当于 0.5 倍,最大值 65535=64 倍VS_WR_Cmd(SPI_AICTRL2,0);/设置增益最大值,0,代表最大值 65536=64X VS_WR_Cmd(SPI_AICTRL3,6);/ 左 通 道 (MIC 单 声 道 输 入 ) VS_WR_C

25、md(SPI_CLOCKF,0X2000);/设置 VS10XX 的时钟,MULT:2 倍频;ADD:不允许;CLK:12.288Mhz VS_WR_Cmd(SPI_MODE,0x1804);/MIC, 录 音 激 活 delay_ms(5);/ 等 待 至 少 1.35msVS_Load_Patch(u16*)wav_plugin,40);/VS1053 的 WAV 录音需要 ALIENTEK STM32开发板AN1402要等录音结束才能知道。该函数 WaveHeader 结构体就是由前面介绍的三个Chunk 组成， 结构为： 最后，我们介绍reco

26、der_play 函数，是录音机实现的主循环函数，该函数代码如下： 开源电子网2014-03-26/录音机 /所有录音文件,均保存在 SD 卡 RECORDER 文件夹内. u8 recoder_play(void)u8 res; u8 key; u8 rval=0; WaveHeader *wavhead=0;u32 sectorsize=0; u16 w; u16 idx=0;FIL* f_rec=0;/文件 DIR recdir;/目录 u8 *recbuf;/数据内存 u8 rec_sta=0;/录音状态 /7:0,没有录音;1,有录音;/6:1:保留 /

27、0:0,正在录音;1,暂停录音;u8 *pname=0;u8 timecnt=0;/计时器 u32 recsec=0;/录音时间 u8 recagc=4;/默认增益为 4u8 playFlag=0;/播放标志while(f_opendir(&recdir,0:/RECORDER)/打开录音文件夹 Show_Str(60,230,240,16,RECORDER 文件夹错误!,16,0); delay_ms(200); 、LCD_Fill(60,230,240,246,WHITE); delay_ms(200); /清除显示f_mkdir(0:/RECORDER);/创建该目录 f_rec=(FI

28、L *)mymalloc(sizeof(FIL);/开辟 FIL 字节的内存区域 if(f_rec=NULL)rval=1;/申请失败 wavhead=( WaveHeader*)mymalloc(sizeof( WaveHeader);/申请内存if(wavhead=NULL)rval=1;recbuf=mymalloc(512); if(recbuf=NULL)rval=1;pname=mymalloc(30);/申请 30 个字节内存,类似0:RECORDER/REC00001.wavif(pname=NULL)rval=1;/wav 头 typedef packed structChu

29、nkRIFF riff;/riff 块 ChunkFMT fmt;/fmt 块 /ChunkFACT fact; /fact 块 线性PCM,没有这个结构体ChunkDATA data; /data 块 WaveHeader;ALIENTEK STM32开发板AN1402开源电子网2014-03-26if(rval=0)/内存申请 OKrecoder_enter_rec_mode(1024*recagc); while(VS_RD_Reg(SPI_HDAT1)8);/等到 buf 较为空闲再开始recoder_show_time(r

30、ecsec);/显示时间 recoder_show_agc(recagc);/显示 agcpname0=0;/pname 没有任何文件名 while(rval=0)key=KEY_Scan(0); switch(key)case KEY0_PRES: /STOP&SAVE if(rec_sta&0X80)/有录音 wavhead-riff.ChunkSize=sectorsize*512+36;/文件的大小-8; wavhead-data.ChunkSize=sectorsize*512; /数据大小f_lseek(f_rec,0);/偏移到文件头. f_write(f_rec,(const

31、void*)wavhead,sizeof( WaveHeader),&bw);/写入头数据f_close(f_rec);sectorsize=0;rec_sta=0; recsec=0;LED1=1;/关闭 DS1LCD_Fill(60,230,240,246,WHITE);/清除之前显示的文件名recoder_show_time(recsec);/显示时间 break;case KEY1_PRES: /REC/PAUSE if(rec_sta&0X01)/原来是暂停,继续录音 rec_sta&=0XFE;/取消暂停 else if(rec_sta&0X80)/已经在录音了,暂停 rec_st

32、a|=0X01;/暂停 else/还没开始录音 rec_sta|=0X80;/开始录音recoder_new_pathname(pname);/得到新的名字Show_Str(60,230,240,16,pname+11,16,0); /显示文件名字recoder_wav_init(wavhead); /初始化 wav 数据res=f_open(f_rec,(const TCHAR*)pname,FA_CREATE_ALWAYS|FA_WRITE);ALIENTEK STM32开发板AN1402开源电子网2014-03-26if(re

33、s)/文件创建失败 rec_sta=0;/创建文件失败,不能录音rval=0XFE;/提示是否存在 SD 卡 else res=f_write(f_rec,(const void*)wavhead, sizeof( WaveHeader),&bw);/写入头数据 break;case WKUP_PRES:/播放录音（仅在非录音状态下有效） if(rec_sta=0)playFlag=1;if(rec_sta=0X80)/已经在录音了 w=VS_RD_Reg(SPI_HDAT1); if(w=256)&(w896)idx=0;while(idx8;res=f_write(f_rec,recbuf

34、,512,&bw);/写入文件if(res)printf(err:%drn,res); printf(bw:%drn,bw); break;/写入出错.sectorsize+;/扇区数增加 1,约为 32mselse/没有开始录音，则检测KEY1 按键，播放最近的录音 if(playFlag&pname0)/如果 wk_up 按键被按下,且 pname 不为空 Show_Str(60,230,240,16,播放:,16,0);Show_Str(60+40,230,240,16,pname+11,16,0);/显示当播放的名字rec_play_wav(pname);/ 播 放 pname LCD

35、_Fill(60,230,240,246,WHITE);/清除显示 recoder_enter_rec_mode(1024*recagc);/重新进入录音模式while(VS_RD_Reg(SPI_HDAT1)8); /等到buf 较为空闲再开始recoder_show_time(recsec);/显示时间 recoder_show_agc(recagc);/显示 ALIENTEK STM32开发板AN1402该函数实现了我们在硬件设计时介绍的功能，我们就不详细介绍了，请大家自己分析代码。recorder.c 的其他代码和 recorder.h 的代码我们

36、这里就不再贴出了，请大家参考本例程源码（扩展实验 5）。保存 recorder.c，最后，我们在 test.c 里面修改 main 函数如下： 开源电子网2014-03-26int main(void)u8 key,fontok=0;Stm32_Clock_Init(9);/系统时钟设置delay_init(72);/延时初始化uart_init(72,9600);/串口 1 初始化LCD_Init();/初始化液晶 LED_Init();/LED 初始化 KEY_Init();/按键初始化 VS_Init();/初始化 VS1053 usmart_dev.ini

37、t(72);/usmart 初始化mem_init();/初始化内存池 exfuns_init();/为 fatfs 相关变量申请内存 f_mount(fs0,0:,1);/挂载 SD 卡 f_mount(fs1,1:,1);/挂载 FLASH. RST:POINT_COLOR=RED;/设置字体为红色LCD_ShowString(60,30,200,16,16,Mini STM32); LCD_ShowString(60,50,200,16,16,RECORDER TEST); LCD_ShowString(60,70,200,16,16,ATOMALIENTEK); LCD_ShowStr

38、ing(60,90,200,16,16,KEY0:STOP&SAVE);LCD_ShowString(60,110,200,16,16,KEY1:REC/PAUSE);playFlag = 0;delay_ms(5); timecnt+; if(timecnt%20)=0)LED1=!LED1;/DS1 闪烁 if(recsec!=(sectorsize*4/125)/录音时间显示 LED1=!LED1;/DS1 闪烁 recsec=sectorsize*4/125; recoder_show_time(recsec); /显示时间 myfree(wavhead); myfree(recbuf

39、); myfree(f_rec); myfree(pname); return rval;ALIENTEK STM32开发板AN1402该函数先检测SD卡是不是在位（初始化SD卡），存在则继续，不存在在报错，然后检测外部flash是否存在字库，如果不存在字库，则更新字库，如果存在则继续下面的操作：对VS1053进行正弦测试和寄存器测试，随后调用录音机测试函数：recoder_play，开始录音测试，此时可以在耳机听到MIC的采集的声音了。 最后，我们将VS_WR_Cmd，这个函数加入usmart控制，这样我们就可以利用usmart来设置VS1053的一些参数了，

40、这里主要是设置AGC，比如通过发送：VS_WR_Cmd(0X0D,4096)，将设置AGC的放大倍数为4。 软件部分就介绍到这里。 开源电子网2014-03-26LCD_ShowString(60,130,200,16,16,WK_UP:PLAY ); LCD_ShowString(60,150,200,16,16,2014/3/26);while(SD_Initialize()LCD_ShowString(60,170,200,16,16,SD Card Error); delay_ms(200); LCD_Fill(20,170,200+20,170+16,WHITE); delay_ms(200);fontok=font_init();/检查字库是否 OK if(fontok)/需要更新字库 LCD_Clear(WHITE);/清屏 POINT_COLOR=RED;/设置字体为红色LCD_ShowString(60,50,200,16,16,ALIENTEK STM32); LCD_ShowString(60,70,200,16,16,SD Card OK);L